CMW（在三軸深攪樁中插入高強(qiáng)薄壁管樁）工法在基坑支護(hù)工程的應(yīng)用

鄭曉軍

（江蘇華東建設(shè)基礎(chǔ)工程有限公司，江蘇 南京 210007）

0 引言

隨著我國城市化建設(shè)速度的加快， 城市的高層建筑及市政公用基礎(chǔ)設(shè)施 （如地鐵、 地下隧道等）的進(jìn)一步普及，工程建設(shè)者不斷在探究著可以更快、更省、更節(jié)約能源、更環(huán)保的基坑工程支護(hù)方案。

在傳統(tǒng)支護(hù)體系中， 深層攪拌樁與鉆孔灌注樁不僅相互獨(dú)立,而且兩者之間有夾層,如果某個地方出現(xiàn)滲漏，要找到真正的漏點(diǎn)不容易。 而新工藝SMW 工法的剛度沒有傳統(tǒng)支護(hù)體系強(qiáng)，在對基坑變形要求較高的深基坑工程中不可使用。 CMW支護(hù)結(jié)構(gòu)體系解決了這一難題,而且管樁之間的泥土呈現(xiàn)契形更有利于防滲（圖1）。 同時，管樁與水泥土復(fù)合為一字墻，即使某一個地方出現(xiàn)滲漏，處理起來也比較簡單， 只需用速凝材料快速堵住漏點(diǎn)即可。

圖1 CMW 支護(hù)結(jié)構(gòu)體系

下面介紹該工法在南京市快速內(nèi)環(huán)北線二期隧道基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用實(shí)例。

1 工程概況

南京市快速內(nèi)環(huán)北線二期隧道基坑支護(hù)工程Z1 標(biāo)中局部設(shè)計(jì)采用CMW 工法（單節(jié)高強(qiáng)薄壁管樁擋土、Φ950 三軸深層攪拌樁止水，形成水泥土與預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合擋土止水結(jié)構(gòu))。 作為新型工法取代常規(guī)工藝首次用于基坑支護(hù)工程中。

基坑開挖深度11 m 左右，寬度28 m，根據(jù)基坑開挖深度不同，采用2~3 層支撐系統(tǒng)。

1.1 工程地質(zhì)條件

基坑開挖深度及CMW 工法施工深度范圍內(nèi)均為砂性土。

1.2 高強(qiáng)薄壁管樁管樁規(guī)格與技術(shù)性能

樁長19 m（單節(jié)），管樁間距1.2 m，插入圈梁40 cm。

1.3 水泥攪拌樁

三軸攪拌Φ950，水泥摻入比20%～22%，水灰比1.55~1.85， 水泥土28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于1 MPa，攪拌軸間距0.6 m。

1.4 支撐體系

三道支撐， 其中第一道為混凝土支撐 （800×600 mm），第二、三道為鋼管支撐（2Φ610×12），局部設(shè)一道鋼管支撐。

2 施工機(jī)械配備

本次施工投入1 臺三軸深攪機(jī)配合CMW 工法施工（預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合擋墻），一臺切割機(jī)和一臺挖機(jī)配合進(jìn)行馬路溝槽鑿除和開挖工作，一臺70 t履帶吊配合起吊插入預(yù)應(yīng)力管樁工作。90 kW 的振動錘及配電柜一套。

3 施工工藝與施工參數(shù)

3.1 工程設(shè)計(jì)三軸深攪樁為套接一孔法工藝（及相鄰樁需重合一根攪拌軸）

根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)條件如三軸深攪與管樁插入時間間隔過長，管樁則很難插入，甚至無法安置到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。針對該現(xiàn)象，可采用跳打法施工，同時插入二根管樁。

即： 先沿基坑支護(hù)方向施工第一幅三軸深攪（俗稱“首幅”），而后間隔一幅攪拌施工第二幅（俗稱“大幅”）后，回頭套接跳打施工一幅的施工間隔空位部分（俗稱“小幅”），在小幅第一孔和第三孔內(nèi)插入預(yù)應(yīng)力管樁（圖2）。

圖2 施工工藝步驟

3.2 管樁安置

管樁主要依靠自重自沉到位，對于深部砂層較厚地段，采用水泥復(fù)合漿液（水、水泥、陶土）的懸浮與置換，一般依靠樁自重均可以自沉到位，個別較難自沉到位的管樁，采用振動錘助沉到位。

3.3 施工參數(shù)（表1）

表1 施工參數(shù)

（1）攪拌樁直徑

因管樁直徑已達(dá)Φ800，而常規(guī)三軸深攪直徑只有Φ850，為了方便沉樁、提高止水效果、預(yù)防鉆頭磨損，施工時將三軸深攪鉆頭加至Φ950。

（2）攪拌施工參數(shù)

按設(shè)計(jì)要求，水泥摻入量按照每幅三軸攪拌葉片水平投影面積計(jì)算，樁直徑D=950 mm，三軸間距L=600 mm，每幅標(biāo)準(zhǔn)長度1 200 mm，設(shè)計(jì)攪拌長度H=20.5 m，水泥摻入比β=22%。 其他施工參數(shù)：

輔助材料：粉煤灰；

水灰比：W/C=1.5（一般取1.5~1.8）；

膨潤土：用量為水泥用量的5%；

下沉攪拌速度Vd=0.6 m/min；

上提攪拌速度Vd=1.0 m/min。

（3）輔助材料的作用

膨潤土：增加漿液稠度與懸浮性能，但應(yīng)控制填加量（不大于5%水泥重量），容易折減水泥土強(qiáng)度。

如較果不明顯，可參入適量粉煤灰或有機(jī)纖維素。

4 CMW 工法的施工流程（圖3）

（1）三軸深攪施工，按常規(guī)施工工藝控制即可。

（2）管樁的現(xiàn)場堆放和場內(nèi)運(yùn)輸，預(yù)應(yīng)力管樁堆放、運(yùn)輸按采用二點(diǎn)支頂堆放，二個支頂點(diǎn)分別在距樁端0.21 L 處，支頂采用放置木的辦法，管樁堆放不宜超過四層。

（3）管樁起吊點(diǎn)設(shè)置，在預(yù)應(yīng)力管樁起吊插孔時，可采用一點(diǎn)吊，吊裝位置可在距樁端1 m 處，也可直接在樁端起吊。 根據(jù)對19 m 長的管樁起吊驗(yàn)算， 在1 m 處吊裝時的吊裝彎距為開裂彎距的37%， 在頂端吊裝時的吊裝彎矩為開裂彎矩的49%。

（4）三軸深層攪拌樁施工完畢后，吊機(jī)應(yīng)立即就位，準(zhǔn)備安置預(yù)應(yīng)力管樁。預(yù)應(yīng)力管樁起吊前，安裝管樁定位控制裝置， 使管樁在平面可以準(zhǔn)確就位。

（5）吊機(jī)吊起管樁，移至已經(jīng)攪拌好的樁位上，對好位置后，緩慢放置管樁直置設(shè)計(jì)標(biāo)高，如果樁無法沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高,則采用90 kW 的振動錘助沉。

圖3 CMW 工法的施工流程

5 施工現(xiàn)狀及有關(guān)問題

5.1 取消在支撐位置插型鋼

原設(shè)計(jì)要求在支撐節(jié)點(diǎn)位置的管樁兩側(cè)插工字鋼用以加強(qiáng)該位置的剛度，基于在另一標(biāo)段的施工經(jīng)驗(yàn)，管樁在支撐節(jié)點(diǎn)部位的剛度可以滿足設(shè)計(jì)要求，取消了該位置的工字鋼。

5.2 管樁樁頭鑿除對樁身預(yù)應(yīng)力損失的影響

CMW 工法使用的管樁采用先張法有粘結(jié)工藝制作， 預(yù)應(yīng)力依靠混凝土與鋼筋的握裹粘結(jié)力傳遞，樁身兩端的法蘭盤主要作用是在樁身砼達(dá)到設(shè)計(jì)值前為鋼絞線固定提供應(yīng)力支座方便均勻張拉，鋼絞線張拉到設(shè)計(jì)應(yīng)力后，澆注樁身砼，待砼達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后，張放預(yù)應(yīng)力。 任何一段均具備設(shè)計(jì)所要求的預(yù)應(yīng)力，不因去除樁頭或法蘭盤而喪失預(yù)應(yīng)力， 只是樁頂局部混凝土應(yīng)力狀態(tài)有所改變，但影響不大。

5.3 施工縫的處理

因施工間歇產(chǎn)生的深層攪拌樁冷縫，時間較短的（48 h 內(nèi)）在續(xù)接施工時采用套接施工，基本不會造成影響，但應(yīng)詳細(xì)記錄在案，基坑開挖后密切注意此類位置的滲漏現(xiàn)象；時間較長的在冷縫外側(cè)施工三管旋噴補(bǔ)強(qiáng)； 因管線影響跳打施工的地段，采用三管旋噴補(bǔ)強(qiáng)施工。

6 后續(xù)施工措施

6.1 圈梁

（1）管樁樁頂超過設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，但小于20 cm時，按照原設(shè)計(jì)方案。

（2）樁頂超過設(shè)計(jì)標(biāo)高20 cm 時，采用增加2層（由原設(shè)計(jì)一層增加至三層）Φ16 彎起筋的方法處理。

6.2 下層圍檁

（1）管樁與下層圍檁。 對于部分管樁邊線凸凹時， 以不破壞管樁為原則， 用C30 細(xì)石混凝土找平，然后安裝型鋼圍檁。

（2）下層圍檁的固定。 在管樁上圍檁位置安設(shè)膨脹螺栓固定鋼托架。

6.3 基坑開挖要求

必須遵守挖到圍檁位置，設(shè)置圍檁，施加預(yù)應(yīng)力以后，形成圍檁體系，方可挖下層土，杜絕超挖現(xiàn)象的發(fā)生。

7 開挖后情況

對于管樁水泥土的止水機(jī)理，主要是帷幕的連續(xù)和樁間水泥土的抗?jié)B性，以及水泥土與管樁的粘接。 一般而言，擋土結(jié)構(gòu)的抗彎性能是影響滲透性的關(guān)鍵因素， 目前計(jì)算管樁擋土墻的抗彎剛度很大，變形較小，管樁之間的水泥土自開裂程度不大，主要是水泥土收縮與管樁的微裂縫造成的微滲，另外， 管樁之間水泥土的斜契效應(yīng)是止水的有利因素，在基坑開挖后，基本無明顯滲漏點(diǎn)。

8 CMW 工法與通常支護(hù)樁加三軸深攪樁等工法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）施工成本方面：施工成本較常規(guī)的基坑支護(hù)施工省去了鉆孔灌注樁的機(jī)械、水、電及泥漿排污等費(fèi)用， 減少了約50%的支護(hù)樁混凝土和40%的鋼筋。

（2）施工進(jìn)度方面：省去了鉆孔灌注樁的全部施工過程。支護(hù)施工工期比常規(guī)施工方法縮短將近2/3。

（3）施工安全方面：同等規(guī)模的基坑支護(hù)投入的機(jī)械設(shè)備比常規(guī)施工投入的少， 減少了風(fēng)險(xiǎn)源，其他安全控制均與常規(guī)施工一樣，均能滿足施工安全要求。

（4）施工環(huán)保方面：因無鉆孔灌注樁的施工，減少了對周圍環(huán)境和施工場地的污染，且此類攪拌樁不存在擠土作用，對周圍建筑和管線的安全極為有利，對施工操作面要求也很低。

（5）節(jié)能降耗方面：節(jié)省了工期，減少了材料用量。

（6）施工空間：傳統(tǒng)的支護(hù)樁加三軸深攪樁支護(hù)工藝的墻體總厚度約2.2 m，施工期間需占用較多的社會空間， 而CMW 工法墻體總厚度只有0.85~1.0 m，減少了約60%的空間。

9 結(jié)語

CMW 工法在本工程的試驗(yàn)性施工，充分表現(xiàn)出比其他工法更快、更省、更節(jié)約能源、更環(huán)保的優(yōu)異性能。 證明預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合擋墻擋土兼止水(CMW)工法的性能優(yōu)于其他工法。今后可將單節(jié)管樁改進(jìn)為雙節(jié)或多節(jié)樁施工，則可進(jìn)一步降低運(yùn)輸及施工成本和施工風(fēng)險(xiǎn)。 CMW 施工工法對在城市中需采用深基坑支護(hù)體系的建(構(gòu))筑物具有推廣價值。

[1]JGJ/T199-2010，型鋼水泥土攪伴墻技術(shù)規(guī)程[S].

[2]JGJ79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JGJ120-1999，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]GB50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].